DE69730600T2

DE69730600T2 - Anordnung und verfahren in einem fernmeldesystem

Info

Publication number: DE69730600T2
Application number: DE69730600T
Authority: DE
Inventors: Jacob Mannerstr Le
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1996-05-22
Filing date: 1997-04-14
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2017-04-15
Also published as: WO1997044896A1; EP0900478B1; AU2655597A; SE9601945D0; US6078228A; CN1118933C; AU714723B2; EE9800399A; HK1019670A1; KR20000005453A; CN1219303A; EP0900478A1; SE9601945L; SE520317C2; DE69730600D1; BR9709012A; JP2000511017A

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung, wie sie in den anliegenden Patentansprüchen definiert ist, betrifft Anordnungen, die in einem ersten Zustand die Phase eines Wechselstromsignals verschieben und in einem zweiten Zustand das Signal ohne Phasenverschiebung weiterleiten. Insbesondere betrifft die Erfindung Schaltungen, die das gleichzeitige Beeinflussen anders als durch Phasenverschiebung des Signals erlauben. Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zum gleichzeitigen Phasenverschieben und aktiven Beeinflussen eines Signals durch Verwenden einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN STANDS DER TECHNIK
Bei bestimmten Verarbeitungseinheiten elektrischer Signale gibt es zum Beispiel funktionale Forderungen, die die Möglichkeit verlangen, in willkürlichen Kombinationen Wechselstromsignale zu einer Anzahl verschiedener externer Signalquellen hinzuzufügen und abzuziehen. Ein Abziehen eines Signals von einem anderen Signal erfolgt vorzugsweise durch Hinzufügen eines Signals zu einer Version des anderen Signals, das die entgegengesetzte Phase hat. Für diese Signalverarbeitungseinheiten ist es daher erforderlich, dass sie in der Lage sind, die relative Phase des Signals um 180 Grad zu verschieben.
Eine 180-Grad-Phasenverschiebungsschaltung ist in US5334959 beschrieben. Vier Feldeffekttransistoren wirken als Stromschalter, so dass Steuersignale zu Paaren von Transistoren einen Signalweg zwischen einem nicht-phasenverschiebenden und einem um 180 Grad phasenverschiebenden Weg umschalten.
Ein weiteres Beispiel wird in EP-A-0 226 154 offenbart.
Das Problem mit der in US5334959 beschriebenen Erfindung liegt darin, dass die aktiven Einheiten, nämlich die Feldeffekttransistoren, nur als Umschalter wirken. Ferner ist es in US5334959 erforderlich, dass die Anzahl der Schalter in der Form von Transistoren vier beträgt.
Ein weiteres Problem mit der in US5334959 beschriebenen Erfindung liegt darin, dass alle vier Schalter in der Form von Transistoren auf einen verbundenen Zustand oder auf einen abgetrennten Zustand gesetzt werden müssen, was bedeutet, dass vier Steuersignale erforderlich sind.
Noch ein weiteres Problem bei der in US5334959 beschriebenen Erfindung wird offensichtlich, wenn eine Situation in Betracht gezogen wird, bei der die Erfordernis besteht, dass die Signalverarbeitungseinheiten das Signal in anderen Arten beeinflussen als nur durch Phasenverschieben. Um das mit der aus US5334959 bekannten Technik zu vollbringen, ist es erforderlich, die Phasenschiebereinheit mit einer externen Signalverarbeitungseinheit in Serie zu schalten. Das bedeutet jedoch, dass zwei getrennte Einheiten miteinander zwischengeschaltet sind, was zu Problemen mit der Eingangs- und Ausgangs-Impedanzfehlerabstimmung der jeweiligen Einheit führt. Das wiederum führt zur Erfordernis von Impedanzabstimmschaltungen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung soll die Probleme in Zusammenhang mit dem Stand der Technik wie oben beschrieben, die Einzelfunktion als Schalter und das Problem der Impedanzabstimmung überwinden.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, mit einer einzigen Schaltung, die wenige Bauteile umfasst, das Phasenverschieben eines Signals zu erlauben und eine andere Beeinflussung des Signals zu erlauben, wie zum Beispiel Ändern der Amplitude des Signals. Die Phasenverschiebung sollte in der Lage sein, zwischen mindestens den Werten 0 und 180 Grad umgeschaltet zu werden.
Eine Phasenverschiebung eines Signals um eine bestimmte Anzahl von Graden erfordert im Idealfall, dass das Signal eine gut definierte Frequenz hat. Hat das Signal eine bestimmte Bandbreite, das heißt, wenn es eine Überlagerung von Signalen mit verschiedenen Frequenzen umfasst, ist die Phasenverschiebung nicht so gut für alle Frequenzen in dem Signal definiert. Die angegebenen Werte der Phasenverschiebung, 0 und 180 Grad, sollten daher nicht als genaue Werte ausgelegt werden. Diese Werte sollten als für die Phasenverschiebung der Frequenzen in dem betreffenden Frequenzintervall, für die Anwendung, in der die Erfindung verwendet wird, typisch angesehen werden.
Lösungen für die oben beschriebenen Probleme, die dem Stand der Technik inhärent sind, erzielt man mit der vorliegenden Erfindung durch ein Parallelschließen von zwei aktiven Einheiten, wobei eine der Einheiten mit einer Phasenschiebereinheit in Serie geschaltet ist. Durch Steuern des Verbindens und Abtrennens der aktiven Einheiten kann das Signal dazu gebracht werden, einen von zwei Signalwegen zu durchlaufen, wobei ein vorausbestimmter Unterschied in der Phasenverschiebung des Signals besteht, das durch die zwei Wege läuft.
Eine konkretere Beschreibung einer erfindungsgemäßen Schaltung ist die, dass die Signaleingänge zweier aktiver Einheiten mit einem Hauptsignaleingang der Schaltung verbunden werden. Die erste Einheit wird direkt mit dem Hauptsignaleingang verbunden, und die zweite Einheit wird über eine Phasenverschiebereinheit verbunden. Der Signalausgang beider aktiven Einheiten ist jeweils an einen Hauptsignalausgang der Schaltung angeschlossen. Diese Verbindungen bedeuten, dass es von dem Hauptsignaleingang zu dem Hauptsignalausgang zwei verschiedene Signalwege durch die Schaltung gibt. Die zwei aktiven Einheiten haben mindestens zwei verschiedene, benutzerkonfigurierbare Zustände: einen verbundenen Zustand und einen abgetrennten Zustand. Diese Zustände können zum Beispiel durch ein Steuersignal zu einem Steuersignaleingang jeder Einheit gesteuert werden.
Ein Wechselstromeingangssignal zu dem Hauptsignaleingang der Schaltung wird durch ein Verfahren des Auswählens einer Kombination verbundener und abgetrennter Zustände dazu gebracht, durch einen der zwei Signalwege zu laufen. Durch den ersten Signalweg, ohne eine Phasenverschiebung durch die Schaltung zu erhalten, oder durch den zweiten Signalweg durch die Phasenverschiebereinheit mit einer Phasenverschiebung im Vergleich zu dem Eingangssignal. Durch Einstellen beider Einheiten auf ihren jeweiligen abgetrennten Zustand können beide Signalwege geschlossen werden, wodurch die Schaltung wie ein Isolator zwischen dem Hauptsignaleingang und dem Hauptsignalausgang wirkt. Jedes Lecken durch die aktiven Einheiten annulliert sich gegenseitig, weil die Lecks zueinander phasenverschoben sind. Natürlich kann man das Signal gleichzeitig durch beide Signalwege laufen lassen, indem man beide aktiven Einheiten auf ihren jeweiligen verbundenen Zustand setzt. In einem solchen Fall annullieren sich die Signale durch die Signalwege gegenseitig, ähnlich wie bei der Situation, bei der eventuelle Lecks annulliert werden, wenn beide aktiven Einheiten in ihrem abgetrennten Zustand sind.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Impedanzabstimmung mit externen Schaltungen zu beiden Signalwegen durch die Schaltung gemeinsam gehören kann, wenn die Phasenverschiebung durch einen der Wege bei 180 Grad liegt. Es brauchen daher nicht zwei verschiedene Impedanzabstimmschaltungen unabhängig je nach dem welcher Signalweg verwendet wird, angeschlossen zu werden. Von der Form her ist die Impedanz, auf die ein Signal entlang des ersten Signalwegs trifft, nicht die gleiche Impedanz wie die, auf die es entlang des zweiten Signalwegs trifft. Das ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass es verschiedene Anzahlen von Einheiten gibt, die das Signal entlang der zwei Wege beeinflussen. Ungeachtet dessen ist es möglich, eine gemeinsame Impedanzabstimmung für beide Signalwege zu haben. Die Phasenverschiebereinheit entlang des zweiten Wegs bewirkt eine Phasenverschiebung von 360 Grad des Signals, das aufgrund irgendeines Abstimmungsfehlers von der zweiten aktiven Einheit reflektiert wird. Das bedeutet zwei Phasenverschiebungen um 180 Grad, eine vor dem Reflektieren und eine zweite nach dem Reflektieren.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass es durch die 180-Grad-Phasenverschiebung entlang eines der Wege möglich ist, zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Schaltung eine komplette elektrische Isolierung zu erhalten. In einem Zustand, in dem beide Signalwege geschlossen sind, erzielt man diese Isolierung durch die Tatsache, dass die aktiven Einheiten entlang der zwei Signalwege die Amplitude der Signale in gleicher Weise beeinflussen. Jedes Leck durch die zwei Wege hat eine relative Phasenverschiebung um 180 Grad, was bedeutet, dass sich die Lecks gegenseitig annullieren.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Aufbau mit wenigen Komponenten implementiert werden kann, da es möglich ist, aktive Einheiten zu verwenden, die sowohl als Verstärker als auch als Umschalter funktionieren.
Die Erfindung wird unten für bevorzugte Ausführungsformen beschrieben und bezieht sich auf die anliegenden Zeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung.
2 zeigt ein schematisches Signaldiagramm mit drei Signalen, die Phasenverschiebungen zueinander haben.
3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung.
4 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm einer erfindungsgemäßen Schaltung.
5 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung.
7 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm einer erfindungsgemäßen Schaltung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 stellt schematisch eine erfindungsgemäße Schaltung mit der Hilfe von Funktionsblöcken und mit Signalen V1, V2, V1', V2' dar, die weiter in Zusammenhang mit 2 erklärt werden. Ein Eingangssignal V1 kommt auf einem Hauptsignaleingang 12 der Schaltung 1 von einer externen, nicht dargestellten Schaltung an. Der Signaleingang 12 ist mit der Signalerde 17 über eine erste Impedanzabstimmeinheit 15 verbunden. Ebenso hat die Schaltung 1 einen Hauptsignalausgang 11 mit einer zweiten Impedanzabstimmeinheit 16. Von dem Ausgang 11 ausgegebene Signale V1' oder V2' werden zu anderen, nicht gezeigten Schaltungen geleitet.
Die Schaltung 1 hat zwei verschiedene Signalwege 18, 19 von dem Hauptsignaleingang 12 zu dem Hauptsignalausgang 11. Einen ersten Signalweg 18 mit einer ersten aktiven Einheit 3, und einen zweiten Signalweg 19 mit einer Phasenschiebereinheit 2 und einer zweiten aktiven Einheit 4. In diesem Beispiel sind die aktiven Einheiten 3, 4 Verstärkereinheiten, die Einheiten 3, 4 können natürlich auch andere Typen aktiver Einheiten sein, die andere Funktionen als nur Verstärkung haben können. Beide aktiven Einheiten 3, 4 haben zusätzlich zu den Signaleingängen 7, 9 und Signalausgängen 8, 10 auch jede einen Steuersignaleingang 13, 14. Ein Steuersignal U1 zu dem Steuersignaleingang 13 der ersten Einheit 3 setzt die Einheit 3 auf einen verbundenen Zustand, wodurch der erste Signalweg 18 offen ist. Ein Steuersignal U2 zu dem Steuersignaleingang 14 der zweiten Einheit 4 setzt die Einheit 4 auf einen verbundenen Zustand, wodurch der zweite Signalweg 19 offen ist. Die Steuersignale U1, U2 können in externen Schaltungen 20, 21 erzeugt werden, die die Form von Schaltern oder Signalgeneratoren haben können.
Beide aktiven Einheiten 3, 4 können unabhängig voneinander das Signal V1 und das Signal V2 senden. Es gibt daher vier verschiedene Kombinationen von Signalwegen durch die Schaltung: nur durch den ersten Signalweg 18, nur durch den zweiten Signalweg 19, gleichzeitig durch beide Signalwege 18, 19 und einen Zustand, in dem sowohl der erste 18 als auch der zweite 19 Signalweg geschlossen sind.
2 zeigt Diagramme, die die Wechselstromsignale V1 und V2 darstellen. Die Signale V1, V2 sind als Spannungsniveaus V dargestellt, die mit der Zeit T in einem Zeitdiagramm TD variieren. Eine Phasenverschiebung FF zwischen den Signalen V1 und V2 ist in dem Phasendiagramm PD derart dargestellt, dass die Signale, die jeweils durch Signalvektoren V1V und V2V dargestellt sind, mit einem Winkelunterschied FF in unterschiedliche Richtungen gerichtet sind. Der Phasenunterschied FF kann auch in dem Zeitdiagramm TD gesehen werden. Es sollte jedoch beachtet werden, dass auf der Zeitachse T keine spezielle Skala angegeben ist, weil die Beziehung zwischen der Phase eines Signals und dem Momentanwert der Phase direkt von der Frequenz des Signals abhängt. Das ist absichtlich, denn die Erfindung kann, wie sie in 1 und 2 beschrieben ist, in einem willkürlichen Frequenzintervall verwendet werden.
In dem Zeitdiagramm TD ist das Signal V1, das in dem Hauptsignaleingang 12 empfangen wird, durch die massive Kurve dargestellt und in dem Phasendiagramm PD durch den massiven Vektor V1V. Die gepunktete Kurve und der gepunktete Vektor V2V stellen das phasenverschobene Signal V2 dar. Im Vergleich zu dem Eingangssignal V1 hat das Signal V2 eine Phasenverschiebung FF von 180 Grad.
Wie unten in Zusammenhang mit Signalfrequenzen detaillierter besprochen wird, kann es Phasenverschiebungen mit Werten geben, die nicht genau 180 Grad betragen. Dazu ist in dem Zeitdiagramm TD eine zusätzliche Kurve V3 gezeigt. Diese Kurve V3 stellt das Auftreten eines Signals dar, das im Vergleich zum Eingangssignal V1 eine andere Phasenverschiebung hat als 180 Grad. Dieses Signal V3 ist jedoch nur in 2 dargestellt.
Indem ausgewählt wird, welchen Signalweg 18, 19 das Signal V1 durch die Schaltung 1 einschlagen soll und durch Verwenden der Steuersignale U1, U2 zum Verbinden und Abtrennen der aktiven Einheiten 3, 4, wird das Signal V1' oder das Signal V2' auf dem Hauptsignalausgang 11 gemäß einer der folgenden vier Alternativen erzielt:
Die erste Alternative besteht darin, dass keine der aktiven Einheiten 3, 4 in ihrem verbundenen Zustand ist. Die Schaltung 1 wirkt dann als Isolator zwischen dem Hauptsignaleingang 12 und dem Hauptsignalausgang 11. Jedes Leck durch die aktiven Einheiten 3, 4 hat die gleiche Größe, denn die aktiven Einheiten 3, 4 sind vorzugsweise identisch und beeinflussen daher die Signale identisch. Aufgrund der Tatsache, dass jedes Leck durch den unteren Signalweg 19 in der Phasenverschiebereinheit 2 um 180 Grad phasenverschoben wird, annullieren sich die Lecks gegenseitig an dem Hauptsignalausgang 11.
Die zweite Alternative besteht darin, dass beide aktiven Einheiten 3, 4 sich jeweils im verbundenen Zustand befinden. Obwohl diese Alternative als mehr oder minder unverwendbar gesehen werden kann, muss beschrieben werden, was in der Schaltung 1 vor sich geht, falls diese Alternative in Betracht gezogen werden sollte. Es gibt nichts, was den Gebrauch dieser zweiten Alternative ausschließt. Die Schaltung 1 wirkt in diesem Fall wie ein „virtueller Isolator". Analog zu dem möglichen Leck in der ersten oben genannten Alternative, wird das Signal V1' durch den ersten Signalweg 18 an dem Hauptsignalausgang 11 durch das um 180 Grad phasenverschobene Signal V2' annulliert, das den unteren Signalweg 19 einschlägt. Auch wenn beide Signalwege offen sind und die Schaltung 1 daher nicht als Isolator zwischen dem Hauptsignaleingang 12 und dem Hauptsignalausgang 11 wirkt, läuft kein Signal durch die Schaltung 1.
Die dritte Alternative besteht darin, dass nur der erste Signalweg 18 offen ist, weil sich die erste aktive Einheit 3 in ihrem verbundenen Zustand befindet und weil sich die zweite aktive Einheit 4 in ihrem abgetrennten Zustand befindet. Das Eingangssignal V1 wird in diesem Fall zu dem Hauptsignalausgang 11 übertragen, ohne phasenverschoben zu werden. Unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm DT in 2, ist das Ausgangssignal V1' durch das Signal V1 dargestellt, das in dem Diagramm TD gezeigt ist.
Die vierte Alternative besteht darin, dass nur der zweite Signalweg 19 offen ist, weil sich die zweite aktive Einheit 4 in ihrem verbundenen Zustand befindet und sich die erste aktive Einheit in ihrem abgetrennten Zustand befindet. Das Eingangssignal V1 wird in diesem Fall durch die Phasenverschiebereinheit 2 zu dem Hauptsignalausgang 11 übertragen. Unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm TD in 2, ist das Ausgangssignal V2' in dem Diagramm TD durch das Signal V2 dargestellt, das im Vergleich zu dem Eingangssignal V1 um 180 Grad phasenverschoben ist.
Bei den zwei letzten Alternativen, bei welchen nur einer der Signalwege 18, 19 offen ist, kann Störsignalrauschen an dem Hauptsignaleingang 12 aufgrund der Tatsache auftreten, dass das Eingangssignal V1 mindestens teilweise an den Eingängen 7, 9 der aktiven Einheiten 3, 4 reflektiert werden kann. Das Reflektieren kann auftreten, weil die zwei Signalwege 18, 19 jeweils mit dem Hauptsignaleingang 12 verbunden sind, und weil die erste Impedanzabstimmeinheit 15 einen Impedanzwert hat, der gemeinsam mit der Gesamtimpedanz entlang des ersten Signalwegs 18 einen anderen Wert haben kann als die Summe der Impedanzen entlang des zweiten Signalwegs 19. Wenn die erste Impedanzabstimmeinheit 15 einen fixen Impedanzwert hat, ist mindestens einer der Signalwege 18, 19 im Vergleich zu den externen Schaltungen, die nicht dargestellt sind, die mit dem Hauptsignaleingang 12 verbunden sind, falsch abgestimmt.
Dieses potenzielle Problem mit Reflektieren/Impedanzfehlabstimmung ist bei den ersten oben genannten Alternativen kein Problem, bei welchen das Lecken und Signale durch die aktiven Einheiten 3, 4 einander an dem Hauptsignalausgang 11 annullieren. Dieses Problem wird jedoch in den zwei letzten Alternativen aufgrund der Tatsache vermieden, dass die Phasenverschiebereinheit 2 die Phase des Eingangssignals V1 um 180 Grad verschiebt. Wenn nur der erste der Signalwege 18 offen ist, stört ein Bruchteil des Eingangssignals V1, der an dem Sinaleingang 9 der zweiten aktiven Einheit 4 reflektiert wird, welche sich in ihrem abgetrennten Zustand befindet, das Eingangssignal V1 nicht. An dem Hauptsignaleingang 12 besteht eine 360-Grad-Phasenverschiebung zwischen dem reflektierten Bruchteil des Eingangssignals V1 und dem Eingangssignal V1 selbst, weil der reflektierte Bruchteil zweimal durch die 180-Grad-Phasenverschiebereinheit läuft.
In allen vier oben beschriebenen Alternativen wurde nur der Einfluss der verschiedenen Signalwege 18, 19 auf die jeweilige Phase zwischen den Ausgangssignalen V1', V2' und dem Eingangssignal V1 besprochen. Die einzige Funktion der aktiven Einheiten 3, 4, die bisher besprochen wurde, sind ihre jeweilige Verbindungs- und Abtrennfähigkeit und bis zu einem gewissen Ausmaß ihre Verstärkung. Natürlich können die aktiven Einheiten 3, 4 zusätzlich zu der Fähigkeit des Verbindens/Abtrennens und der Verstärkung weitere Fähigkeiten zum Beeinflussen der Signale, die durchlaufen, besitzen, wie zum Beispiel Filtern, Modulation usw.
Die oben stehende Beschreibung der Erfindung mit Blöcken mit verschiedenen Funktionen stellt zwei der offenbarten Vorteile dar: den Vorteil einer gemeinsamen Impedanzabstimmeinheit 15 an dem Hauptsignaleingang 12 und den Vorteil der Tatsache, dass sich jedes Leck von Signalen an dem Hauptsignalausgang 11 annulliert.
In 5 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren gezeigt, bei dem durch Verwenden der oben beschriebenen Schaltung 1 das Eingangssignal V1 von dem Hauptsignaleingang 12 zu dem Hauptsignalausgang 11 mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad übertragen wird. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

– In einem ersten Schritt 501 erfolgt eine Auswahl des zweiten Signalwegs 19. Diese Auswahl erfolgt mit dem Zweck des Übertragens des Eingangssignals V1 durch die Schaltung 1 gemäß der vierten der oben beschriebenen Alternativen. Die Auswahl kann zum Beispiel derart sein, dass ein Benutzer der Schaltung 1 einen Beschluss fasst. Die Auswahl kann aber auch automatisch sein, so dass die externen Schaltungen 20, 21 die Steuersignale U1, U2 in Abhängigkeit von der Funktion der externen Schaltungen 20, 21 erzeugen.
– Je nach der im vorhergehenden Schritt 501 getroffenen Auswahl wird die erste aktive Einheit 3 in dem nächsten Schritt 502 auf ihren abgetrennten Zustand gesetzt, und die zweite aktive Einheit 4 wird auf ihren verbundenen Zustand gesetzt. Das Einstellen der aktiven Einheiten 3, 4 auf ihren jeweiligen verbundenen und abgetrennten Zustand kann zum Beispiel durch Senden von Steuersignalen U1, U2 zu ihrem jeweiligen Steuersignaleingang 13, 14 erfolgen.
– In dem nächsten Schritt 503 wird das Eingangssignal V1 an dem Hauptsignaleingang 12 empfangen. Das Eingangssignal V1 kann vor diesen Schritt 503 bereits von externen, nicht dargestellten Schaltungen zu dem Hauptsignaleingang 12 gesendet worden sein.
– In dem nächsten Schritt 504 wird das Signal V1 in der Phasenverschiebereinheit 2 um 180 Grad phasenverschoben. In der Praxis kann das wie oben beschrieben bedeuten, dass das Signal V1 in der Phasenverschiebereinheit 2 verzögert wird. Wenn das Signal V1 durch die Einheit 2 gelaufen ist, wird das phasenverschobene Signal V2 zu der zweiten aktiven Einheit 4 geleitet.
– In dem nächsten Schritt 505 wird das Signal V2 durch die zweite aktive Einheit 4 geleitet, wobei das Signal V2 verstärkt wird.
– In einem abschließenden Schritt 506 wird das Signal V2' zu anderen, nicht dargestellten Schaltungen geleitet, indem das Signal V2' von dem Hauptsignalausgang 11 gesendet wird.

3 und 4 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform, bei der die Erfindung mittels diskreter Bauteile implementiert wird. 3 zeigt ein Blockschaltbild und 4 zeigt das entsprechende Schaltungsdiagramm, in dem die Bauteile gezeigt sind.
Eine erste Impedanzabstimmeinheit 31 mit einem Hauptsignaleingang IN ist mit einer kombinierten Phasenverschiebereinheit und aktiven Einheit 30 verbunden. Die kombinierte Phasenschiebereinheit und aktive Einheit 30 umfasst drei Einheiten: eine Phasenschiebereinheit 32, eine nicht-phasenverschiebende Einheit 33 und eine Verstärkereinheit 34. Eine zweite Impedanzabstimmeinheit 35 ist mit der Verstärkereinheit 34 verbunden und umfasst einen Hauptsignalausgang UT. Mit der Verstärkereinheit 34 sind ferner zwei Steuersignalgeneratoren 36, 37 verbunden, die jeweils das Steuersignal U1 und U2 erzeugen können.
Die erste Impedanzabstimmeinheit 31 umfasst zwei Kapazitätseinheiten C2, C5, die in Serie geschaltet sind. Eine Impedanzeinheit Z2 ist mit den zwei Kapazitätseinheiten C2, C5 mit der Signalerde GND parallel geschaltet.
Die nicht-phasenverschiebende Einheit 33 besteht aus dem Signalweg von der ersten Impedanzabstimmeinheit 31 zu der Verstärkereinheit 34. Trotz der Tatsache, dass diese Einheit 33 keine besonderen Bauteile umfasst, ist sie dennoch als ein getrennter Block in 4 dargestellt. Die Phasenverschiebereinheit 32 besteht aus einer Impedanzeinheit Z1, die bei einer einfachen Implementierung aus einer Verzögerungsleitung bestehen kann. Aufgrund der Tatsache, dass die Länge des Signalwegs durch die Phasenschiebereinheit 32 genügend länger ist als der Signalweg durch die nicht-phasenverschiebende Einheit 33, wird das Signal V1 um eine Zeitspanne verzögert, die der Phasenverschiebung FF von 180 Grad entspricht, die in dem Zeitdiagramm TD in 2 gezeigt ist. Die genaue Länge der Verzögerungsleitung (die Impedanzeinheit Z1) hängt daher von der Frequenz des Signals V1 ab. Die Frequenzabhängigkeit der Erfindung wird weiter unten besprochen.
Die Verstärkereinheit 34 hat zwei Feldeffekttransistoren F1, F2 mit Doppelgattern, jeweils ein erstes Gatter G11 und G21 und ein zweites Gatter G12 und G22. Die nicht-phasenverschiebende Einheit 33 ist mit dem ersten Gatter G11 des ersten Transistors F1 verbunden, und die Phasenverschiebereinheit 32 ist mit dem ersten Gatter G21 des zweiten Transistors F2 verbunden. Das zweite Gatter G12 des ersten Transistors F1 ist über einen ersten Steuersignaleingang P0 verbunden und das zweite Gatter G22 des zweiten Transistors F2 ist mit einem zweiten Steuersignaleingang P1 verbunden. Mit diesen zwei Steuersignaleingängen P0, P1 sind zwei externe Signalgeneratoren 36 und 37 verbunden, die jeweils die Steuersignale U1 und U2 erzeugen können. Der erste Transistor F1 hat einen Drain D1, der mit einem Drain D2 des zweiten Transistors F2 verbunden ist. Diese zwei Drains D1, D2 sind mit einer Gleichstromquelle DC über eine Impedanzeinheit Z3 verbunden. Die Gleichstromquelle DC ist mit der Kapazitätseinheit C6 mit der Signalerde GND parallel geschaltet. Die zwei Transistoren F1, F2 haben jeder eine Quelle, S1 und S2, die miteinander und mit der Signalerde GND über einen Widerstand R1 in Parallelschluss mit einer Kapazitätseinheit C1 verbunden sind.
Der Hauptsignalausgang UT ist durch die zweite Impedanzabstimmeinheit 35 mit den gegenseitig verbundenen Drains D1, D2 der zwei Transistoren F1, F2 verbunden. Diese zweite Impedanzabstimmeinheit 25 umfasst zwei Kapazitätseinheiten C3, C4, die mit der Signalerde GND in Serie geschaltet sind. Die Impedanzeinheit Z3 gehört zu dieser zweiten Impedanzabstimmeinheit 35 und auch zu der Verstärkereinheit 34, wie oben beschrieben.
Die zwei Transistoren F1, F2 können jeder durch eine positive Spannung in Form der Steuersignale U1 und U2, die von den Signalgeneratoren 36 und 37 an das zweite Gatter G12 und G22 der jeweiligen Transistoren F1 und F2 angelegt werden, auf einen verbundenen Zustand gesetzt werden. In ihrem verbundenen Zustand ist ein Signal, das an das erste Gatter G11, G21 jedes der Transistoren F1, F2 angelegt wird, in der Lage, einen Strom durch den jeweiligen Transistor von der Quelle S1, S2 zu dem Drain D1, D2 zu steuern. Ein Spannungsniveau auf dem Drain D1, D2 des jeweiligen Transistors F1, F2 ist zu dem Eingangssignal V1 proportional, mit einem Verstärkungsfaktor gegeben durch die Merkmale der Transistoren F1, F2, die Impedanz Z3 und den Widerstand des Widerstands R1.
Die Transistoren F1, F2 können durch ein negatives Spannungspotential, das jeweils an das zweite Gatter G12, G22 des Transistors F1, F2 angelegt wird, auch auf einen abgetrennten Zustand gesetzt werden. In dem abgetrennten Zustand fließt von der Quelle S1, S2 zu dem Drain D1, D2 des jeweiligen Transistors F1, F2 kein Strom, wodurch der Hauptsignaleingang IN von dem Hauptsignalausgang UT isoliert ist.
Das Eingangssignal V1 trifft auf dem Hauptsignaleingang IN ein, läuft durch die erste Impedanzabstimmeinheit 31 und dann zu der Phasenverschiebereinheit 32 und der nicht-phasenverschiebenden Einheit 33. Je nach dem welcher der Transistoren F1, F2 sich in der Verstärkereinheit 34 in seinem verbundenen Zustand befindet, fließt das Signal V1 mit einem Verstärkungsfaktor verstärkt wie oben besprochen durch die Transistoren F1, F2. Die zweite Impedanzabstimmeinheit 35 ist mit den Drains D1, D2 der Transistoren F1 und F2 verbunden. Eines der Ausgangssignale V1' oder V2' stammt in Abhängigkeit davon, welches der Signale V1 oder V2 von der Verstärkereinheit 34 kommt, von dem Hauptsignalausgang UT dieser zweiten Impedanzabstimmeinheit 35.
Dieses Beispiel einer Implementierung zeigt wie kompakt, das heißt wie wenig Bauteile enthaltend eine erfindungsgemäße Anordnung gemacht werden kann.
Eine andere Anordnung, bei der die Erfindung unter Verwendung diskreter Bauteile implementiert wird, ist in 6 und 7 gezeigt. Ähnlich wie bei dem vorhergehenden Beispiel zeigt 6 ein Blockschaltbild und 7 das entsprechende Schaltungsdiagramm, in dem die Bauteile gezeigt sind.
Eine erste Impedanzabstimmeinheit 61 mit einem Hauptsignaleusgang IN ist mit einer kombinierten Phasenverschiebereinheit und aktiven Einheit 60 verbunden. Die kombinierte Phasenverschiebereinheit und aktive Einheit 60 umfasst drei Einheiten: eine Phasenschiebereinheit 62, eine nicht-phasenverschiebende Einheit 63 und eine Diodeneinheit 64. Eine zweite Impedanzabstimmeinheit 65 ist mit der Diodeneinheit 64 verbunden und umfasst einen Hauptsignalausgang UT. Mit der Diodeneinheit 64 sind auch zwei Steuersignalgeneratoren 66, 67 verbunden, die jeweils die Steuersignale U1 und U2 erzeugen können.
Die erste Impedanzabstimmeinheit 61 umfasst zwei Kapazitätseinheiten C7, C8, die in Serie geschaltet sind. Eine Induktanzeinheit L1 ist mit den zwei Kapazitätseinheiten C7, C8 mit der Signalerde GND parallel geschaltet.
Die Phasenverschiebereinheit 62 besteht aus einer Impedanzeinheit Z4, die wie in dem vorhergehenden Beispiel bei einer einfachen Implementierung aus einer Verzögerungsleitung bestehen kann. Die nicht- phasenverschiebende Einheit 63 besteht einfach aus dem Signalweg von der ersten Impedanzabstimmeinheit 61 zu der Diodeneinheit 64. Trotz der Tatsache, dass diese Einheit 63 keine besonderen Bauteile enthält, wurde sie in 6 und 7 aus Klarheitsgründen als getrennter Block gezeigt.
Die Diodeneinheit 64 umfasst eine erste Photodiode FD1 und eine zweite Photodiode FD2. Mit der Anode A1 der ersten Diode FD1 ist die nicht-phasenverschiebende Einheit 63 über eine Kapazitätseinheit C9 verbunden. Mit der Anode A2 der zweiten Diode FD2 ist die Phasenverschiebereinheit 62 durch eine Kapazitätseinheit C10 verbunden. Die Anoden A1, A2 der zwei Dioden FD1, FD2 sind ferner durch die Widerstandseinheiten R2 und R3 mit einem ersten Steuersignaleingang P2 und einem zweiten Steuersignaleingang P3 verbunden. Die externen Signalgeneratoren 66, 67, die Steuersignale U1, U2 erzeugen können, sind jeweils mit dem ersten und dem zweiten Steuersignaleingang P2, P3 verbunden. Beide Steuersignaleingänge P2, P3 sind ferner jeweils mit der Signalerde GND durch Kapazitätseinheiten C11 und C12 verbunden. Die Dioden FD1, FD2 haben Kathoden, jeweils K1 und K2, die miteinander und auch mit einer zweiten Impedanzabstimmeinheit 65 verbunden sind.
Der Hauptsignalausgang UT ist mit den Kathoden K1, K2 der Dioden FD1, FD2 über die zweite Impedanzabstimmeinheit 65 verbunden. Diese zweite Impedanzabstimmeinheit 65 umfasst zwei Kapazitätseinheiten C13, C14, die in Serie mit der Signalerde GND verbunden sind und mit einer zweiten Induktanzeinheit L2, die mit diesen zwei Impedanzeinheiten C13, C14 parallel geschaltet ist.
Die zwei Photodioden FD1, FD2 können jede durch eine positive Spannung in der Form der Steuersignale U1 und U2, die von den Signalgeneratoren 66 und 67 an die Steuersignaleingänge P2, A3 angelegt werden, die ihrerseits mit den jeweiligen Dioden FD1 und FD2 verbunden sind, in einen verbundenen Zustand gesetzt werden. In ihrem jeweiligen verbundenen Zustand lassen die Dioden FD1, FD2 die Signale V1, V2, die an der Anode A1, A2 der jeweiligen Diode FD1, FD2 ankommen, durchlaufen. Sind die Photodioden FD1, FD2 mit unterschiedlichem Licht, nicht dargestellt, eingeschaltet, kann das durch die jeweilige Diode laufende Signal V1, V2 in Übereinstimmung mit der Lichtvariation moduliert werden. Eine weitere Beschreibung des Einsatzes der Photodioden FD1, FD2 als Lichtdetektoren liegt außerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung und wird hier nur mit dem Zweck der Darstellung einer elektrisch aktiven Einheit 64 angegeben.
Die Dioden FD1, FD2 können auch durch eine negative Spannung, die an der Anode A1, A2 der jeweiligen Diode FD1, FD2 über die Steuersignaleingänge P2, P3 und die Widerstände R2 und R3 angelegt wird, auf einen abgetrennten Zustand gesetzt werden. In dem abgetrennten Zustand läuft kein Signal V1, V2 durch die jeweilige Diode FD1, FD2, wodurch der Hauptsignaleingang IN von dem Hauptsignalausgang UT isoliert ist.
Das Eingangssignal V1 kommt an dem Hauptsignaleingang IN an, läuft durch die erste Impedanzabstimmeinheit 61 und weiter zu der Phasenverschiebereinheit 62 und zu der nicht-phasenverschiebenden Einheit 63. In Abhängigkeit davon, welche der Photodioden FD1, FD2 sich in der Diodeneinheit 64 in ihrem verbundenen Zustand befindet, fließt das Signal V1 moduliert durch die Variation in dem auf der jeweiligen Diode FD1, FD2 einfallenden Licht. Die zweite Impedanzabstimmeinheit 65 ist jeweils mit den Kathoden K1, K2 der Dioden FD1 und FD2 verbunden. Eines der Ausgangssignale V1' oder V2' stammt von dem Hauptsignalausgang UT dieser zweiten Impedanzabstimmeinheit 65, je nachdem, welches der Signale V1 oder V2 von der Diodeneinheit 64 kommt.
Ein relevanter Parameter für die Erfindung, wie in den oben stehenden Beispielen beschrieben, ist die Frequenz des Signals V1. Bisher wurde dennoch kein Frequenzwert besprochen, so dass keine absoluten Zahlen der Impedanz, des Widerstands und der Kapazitätswerte gegeben wurden. Das erfolgt absichtlich, wobei man beachten muss, dass es verschiedene Anwendungsbereiche gibt, zwischen welchen die Frequenz der Signale um mehrere Dekaden anders sein kann. Wie oben besprochen, kann die Phasenverschiebereinheit 32, 62 die Form einer Verzögerungsleitung haben. Um eine zeitliche Verzögerung eines elektrischen Signals, die einer Phasenverschiebung um 180 Grad entspricht, zu erzielen, während die physikalischen Maße innerhalb vernünftiger Limits gehalten werden, sollte die Frequenz des Signals mindestens einige Hundert Megahertz (MHz) betragen. Die Beschränkung ist jedoch kein Problem, wenn die 180-Grad-Phasenverschiebung durch ein anderes Verfahren als durch eine Verzögerungsleitung erzielt werden kann.
Ein Beispiel für eine Schaltung, die für eine 180-Grad-Phasenverschiebung und Verstärkung von Signalen mit Frequenzen von etwa 890 MHz bestimmt ist, die gemäß 4 verbunden ist, kann die folgenden Bauteile enthalten:
Feldeffekttransistoren:
F1: 3SK240, F2: 3SK240
Kapazitätseinheiten:
C1: 33 pF, C2: 2,7 pF, C3: 1 pF, C4: 4,7 pF, C5: 2,7 pF, C6: 33 pF
Impedanz- und Widerstandseinheiten:
R1: 470 Ohm
Z1: 69 Ohm 94,5 mm lange Verzögerungsleitung
Z2: 69 Ohm, Z3: 69 Ohm
Eine Schaltung, die für andere Frequenzen bestimmt ist, hat natürlich Bauteile mit anderen Werten als den oben stehenden.
Ein Beispiel für eine Anwendung, zu der eine Schaltung gemäß einem beliebigen der oben stehenden Beispiele gehören kann, ist ein Funkempfänger. Das Signal V1 zu dem Hauptsignaleingang IN kann in einem solchen Fall ein Signal von einer Antenne sein, die mit dem Hauptsignaleingang IN verbunden ist. Das Eingangssignal V1 kann in einem solchen Fall eine Überlagerung von Signalen sein, die eine Anzahl verschiedener Frequenzen innerhalb des Frequenzintervalls DF haben. Das Frequenzintervall DF wird durch eine untere Frequenz F0 und eine obere Frequenz F1 abgegrenzt. Um eine Phasenverschiebung um etwa 180 Grad wie in den oben stehenden Beispielen zu erzielen, ist es erforderlich, dass das Frequenzintervall DF viel kleiner ist als die niedrigste Frequenz F0 in dem Intervall DF. Frequenzen außerhalb des Intervalls DF werden um mehr als 180 Grad oder weniger als 180 Grad je nachdem phasenverschoben, ob die Frequenz jeweils höher ist das obere Limit F1 oder niedriger als das untere Limit F0.
Aus dieser Schlussfolgerung ergibt sich, dass es innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung nicht erforderlich ist, den Absolutwert des Frequenzintervalls DF und die Limits F0 und F1 zu spezifizieren. Unterschiedliche Auflagen können in der Anwendung vorliegen, zu der die Erfindung gehört, und zwar hinsichtlich der Frage, ob es Frequenzen, in der Nähe der Intervalllimits F0, F1 erlaubt werden soll, mit Phasenverschiebungen, die anders sind als 180 Grad, durch die Schaltung zu laufen. Wenn die Auflagen streng sind, kann nur ein kleines Intervall DF erlaubt werden, wenn die Auflagen weniger streng sind, kann ein relativ größeres Intervall DF erlaubt werden.

Claims

Eine elektrische Schaltung zum Verschieben einer Phase (1), enthaltend: einen Hauptsignaleingang (12), einen Hauptsignalausgang (11), eine Phasenschiebereinheit (12) enthaltend einen Signaleingang (5), verbunden mit dem Hauptsignaleingang, und einen Signalausgang (6), eine erste elektrisch aktive Einheit (3), enthaltend einen Signaleingang (7), verbunden mit dem Hauptsignaleingang (12), und einen Signalausgang, verbunden mit dem Hauptsignalausgang (11), eine zweite elektrisch aktive Einheit (4), enthaltend einen Signaleingang (9), verbunden mit dem Signalausgang (6) der Phasenschiebereinheit (2), und einen Signalausgang (10), verbunden mit dem Hauptsignalausgang (11), wobei die zwei elektrisch aktiven Einheiten (3, 4) jeweils die Fähigkeit haben, zwischen einer verbundenen Bedingung und einer abgetrennten Bedingung geschaltet zu werden, wodurch die erste elektrisch aktive Einheit (3) in ihrem verbundenen Zustand mit dem Hauptsignalausgang (11) ausgebildet ist, um ein Ausgangssignal (V1') auszugeben, das im wesentlichen dieselbe Phase wie das Eingangssignal (V1) hat, und die zweite elektrisch aktive Einheit (4) in ihrem verbundenen Zustand mit dem Hauptsignalausgang (11) ausgebildet ist, um ein Ausgangssignal (V2') auszugeben, das eine Phasenverschiebung relativ zu dem Eingangssignal hat, die im wesentlichen eine Phasenverschiebung abhängig von der Phasenverschiebung der Phasenschiebereinheit (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenschiebereinheit (2) die Phase von ihrem Eingangssignal um näherungsweise 180 Grad schiebt, und dass ein Signal, das über die Phasenschiebereinheit (2) geführt ist und bei dem Signaleingang (9) der zweiten aktiven Einheit aufgrund irgendeiner Impedanzfehlerabstimmung reflektiert wird, im wesentlichen sich selbst bei dem Hauptsignaleingang (12) auslöschen würde, nachdem es die Phasenschiebereinheit (2) von ihrem Signalausgang (6) zu ihrem Signaleingang (5) passiert hat und demnach zweifach um 180 Grad durch die Phasenschiebereinheit phasenverschoben ist.
Eine elektrische Phasenschieberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Einheiten (3, 4) Steuersignaleingänge (13, 14) haben, beabsichtigt für den Empfang von Steuersignalen (U1, U2) zum Steuern der Verbindungs- und Abtrennbedingung der Einheiten (3, 4).
Eine elektrische Phasenschieberschaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenschiebereinheit (2) eine Verzögerungsleitung (33) enthält.
Eine elektrische Phasenschieberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei elektrisch aktiven Einheiten (3, 4) jeweils eine Verstärkereinheit (F1, F2) enthalten.
Eine elektrische Phasenschieberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei elektrisch aktiven Einheiten (3, 4) jeweils eine Dämpfungseinheit (F1, F2) enthalten.
Eine elektrische Phasenschieberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei elektrisch aktiven Einheiten (3, 4) jeweils eine Modulationseinheit (FD1, FD2) enthalten.
Eine elektrische Phasenschieberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei elektrisch aktiven Einheiten (3, 4) identische elektrische Charakteristiken aufweisen.
Eine elektrische Phasenschieberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenschieberschaltung (1) in einer integrierten Schaltung enthalten ist.
Eine elektrische Phasenschieberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Phasenschieberschaltung (1) diskrete Komponenten enthält.
Eine elektrische Phasenschieberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Phasenschieberschaltung (1) diskrete Komponenten und zumindest eine integrierte Schaltung enthält.